Iranian Scientific Fisheries Journal

fa مقاله علمی – پژوهشی:‌ بررسی اثر فرمالدئید بی سولفیت سدیم (هیدروکسی متانوسولفانات سدیم) در کاهش ترکیبات ازته آب مخازن و بر برخی شاخص‌های خونی، ایمنی و کبدی ماهی کوی (Cyprinus rubrofuscus) Effects of sodium formaldehyde bisulfite on ammonia detoxification and biological responses in Koi (Cyprinus rubrofuscus) آلودگي محيطهاي آبي آلودگي محيطهاي آبي گزارش مورد case report نیتروژن آمونیاکی آلاینده اصلی، مصرف‌کننده اکسیژن و یک عامل محدودکننده محیطی رایج در آبزی‌پروری است که می‌تواند به‌سرعت در آب انباشته‌ شود و به غلظت‌های سمی برسد. ماهی‌ها به‌خصوص ماهی کوی (Cyprinus rubrofuscus)، در برابر سمیّت ناشی از نیتروژن آمونیاکی آسیب‌پذیر هستند. در مطالعه حاضر، اثرات سمی مختلف آمونیاک بر ماهی کوی ازجمله شاخص‌های آبی، خونی، کبدی، رشدی و پاسخ ایمنی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، تعداد 360 عدد ماهی کوی با میانگین وزنی 50 گرم به صورت تصادفی در 24 آکواریوم (15 قطعه در هر اکواریوم) قرار داده شدند. و آزمون در 6 تیمار با چهار تکرار و در هر تکرار 15 عدد ماهی <a name="_Hlk212902394">به</a> ازاء هر 1 ppm آمونیاک تام 31  میلیگرم FBS  در هر لیتر  استفاده شد.  آزمون‌ها تا تلف شدن 50 درصد  ماهیان ادامه یافت و نمونه‌برداری از روز صفر لغایت روز 14 انجام شد. نتایج بررسی شاخص‌های رشد مربوط به ماهی‌های کوی نشان داد که تفاوت معنی‌داری در گروه‌های مختلف از مقادیر میانگین وزن، درصد بازماندگی و درصد رشد روزانه پس از پایان تحقیق وجود دارد. بررسی شاخص‌های مربوط به آب نشان داد که تفاوت معناداری در میزان سختی آب بین روزهای مورد بررسی مربوط به تیمار چهارم (039/0p=) وجود دارد. نتایج مربوط به شاخص‌های خونی  مانند (لمفوسیت ، نوتروفیل ، هماتوکریت ، هموگلوبین، گلبول سفید و گلبول قرمز)  نشان داد  که  تفاوت معناداری در بین تیمار 4 در شاخص لمفوسیت وجود دارد. همچنین در تیمار موردنظر در شاخص نوتروفیل، هماتوکریت، هموگلوبین، تعداد گلبول‌های قرمز (RBC) (میلی‌لیتر) و تعداد گلبول‌های سفید خون (WBC) (میلی لیتر)، تفاوت معنادار مشاهده شد. بررسی نتایج نشان داد که در تیمار ۴، در شاخص‌های سرمی C3 و C4(میلی‌گرم بر دسی‌لیتر)، SGPT<a href="#_ftn1" name="_ftnref1" title="">[1]</a> (واحد بر لیتر) و(ALP<a href="#_ftn2" name="_ftnref2" title="">[2]</a> (واحد بر لیتر)، تفاوت معناداری نسبت به سایر تیمارها مشاهده شد .(p<0.05) نتایج هیستوپاتولوژی نشان داد که هپاستوسیت‌ها و سینوزوئیدهای کبدی بدون عارضه دیده می‌شوند که نشان از عدم تأثیر آمونیاک به مقدار 5/0 میلی‌گرم در لیتر  در مواجهه با) FBS 1/55 گرم)، بوده است. نتیجه نهایی این تحقیق نشان داد که FBS به‌تنهایی توانست بیشترین بار آمونیاکی را طی 6 روز تحقیق و حتی پس از برداشتن کیسه FBS از آکواریوم‌ها بردارد. براساس نتایج حاصله از جدول نیتریت چنین به نظر می رسد که FBS  توانسته است مقادیر نیتریت 6  روزه را به میزان قابل ملاحضه ای درگروه کنترل مثبت نسبت به گروه کنترل منفی کاهش دهد. عدم تفاوت معنی‌دار بین مقادیر آمونیاک در گروه‌های شاهد مثبت و منفی در روزهای مشابه نمونه‌برداری می‌تواند حاکی از عدم تأثیر FBS بر کاهش نیترات آب در مطالعه حاضر است. براساس نتایج حاصله، هر یک از شاخص‌های خونی، ایمنی و کبدی ماهی کوی در حضور FBS  تغییر می‌کند. <div>  <hr align="left" size="1" width="33%" > <div id="ftn1"><a href="#_ftnref1" name="_ftn1" title="">[1]</a> Serum glutamate pyruvate transaminase (SGPT)</div> <div id="ftn2"><a href="#_ftnref2" name="_ftn2" title="">[2]</a> Alkaline Phosphatase (ALP)</div> </div> <div>Introduction In fish and other aquatic animal farming systems, ammonia is produced by protein metabolism and bacterial activity on excreta and ingested or unabsorbed nutrients (Zhang and Perschbacher, 2003). Exposure to ammonia can cause many toxic effects on fish, affecting physiological and biochemical functions. Ammonia accumulation in fish tissue causes disruption of the circulatory system and various hematological parameters related to lipid metabolism, the immune defense system, blood coagulation, and molecular transport. Exposure to ammonia also causes tissue damage, including to fish gills, liver, and kidneys, through oxidative damage and physiological toxicity. For this reason, in this study, it was decided to use sodium formaldehyde bisulfite (sodium hydroxymethanesulfonate) to reduce nitrogen compounds in reservoir water and some liver and immune blood indices of koi fish, for example, Cyprinus rubrofuscus (Xu et al., 2021). The present study aimed to evaluate the toxic effects of high ammonia (1.5 mg/L) on koi carp and the potential protective role of FBS. Specifically, the objectives were: (1) to assess the impact of severeSodium formaldehyde bisulfite (CH₃NaO₄S; FBS) is widely used to mitigate ammonia toxicity in aquaculture. It functions by chelating free ammonia, reducing its bioavailability and harmful effects. FBS has been approved by the U.S. Food and Drug Administration (FDA) for use in edible aquatic species since  1989 and is effective across a broad range of water temperatures, including near-freezing conditions. Its application has been documented in fish, bivalves, and crustaceans, making it a versatile and cost-effective solution for ammonia management in diverse aquaculture settings. Methodology A total of 360 koi Fish (Cyprinus rubrofuscus) with an average weight of 50 g were randomly assigned to 24 aquaria, following a completely randomized design. Six treatments were established, but this study focuses on the highest ammonia exposure (T4, 1.5 mg/L) and two control groups: a positive control (FBS only) and a negative control (no additives). Each treatment had four replicates with 15 fish per tank. FBS was administered proportionally to ammonia concentration. The experiment continued until 50% mortality occurred in T4. Water quality parameters—including ammonia, nitrite, nitrate, pH, hardness, dissolved oxygen, and temperature—were monitored daily, in line with standard aquaculture management guidelines (Boyd and Tucker, 1998). Fish were sampled at mortality checkpoints; two individuals per tank were collected for hematological, serum, and histopathological analyses. Blood was analyzed for RBC and WBC counts, hemoglobin, hematocrit, lymphocyte percentages, and neutrophil percentages. Serum complement proteins C3 and C4 and enzyme activities including ALT (SGPT), AST, and ALP were measured .Tissue samples from gills, liver, and kidneys were fixed, sectioned, and examined microscopically for histopathological changes. Data were analyzed using one-way ANOVA followed by Duncan’s multiple range test at p<0.05. Results Exposure to high ammonia (T4, 1.5 mg/L) caused significant negative impacts on koi rubrofuscus. Final body weights in T4 were significantly lower than controls, with a negative specific growth rate (SGR) indicating growth suppression. Survival was 100% in +C and -C, but lower in higher ammonia treatment4. Table 1 summarizes biometric differences. <a name="_Hlk209891041">Table 1: Investigating the differences in biometric and growth indices of koi fish</a> <table align="center" class="Table" style="border-collapse:collapse; border:none" width="100%"> <tbody> <tr> <td style="border-bottom:1px solid black; width:11%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:1px solid black; border-right:none; border-left:none">Treatment</td> <td style="border-bottom:1px solid black; width:14%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:1px solid black; border-right:none; border-left:none">Initial weight(grams)</td> <td style="border-bottom:1px solid black; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:1px solid black; border-right:none; border-left:none">Secondary weight (gram)</td> <td style="border-bottom:1px solid black; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:1px solid black; border-right:none; border-left:none">Specific growth rate (SGR)</td> <td colspan="2" style="border-bottom:1px solid black; width:14%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:1px solid black; border-right:none; border-left:none">Weight gain (gram) WG</td> <td style="border-bottom:1px solid black; width:9%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:1px solid black; border-right:none; border-left:none">Initial length (cm)</td> <td style="border-bottom:1px solid black; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:1px solid black; border-right:none; border-left:none">Secondary length (cm)</td> <td style="border-bottom:1px solid black; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:1px solid black; border-right:none; border-left:none" valign="top">Survival rate SR</td> </tr> <tr> <td style="border-bottom:none; width:11%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">T4</td> <td style="border-bottom:none; width:14%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">48.58±0.26</td> <td style="border-bottom:none; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">48.12±0.45 a</td> <td style="border-bottom:none; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">-0.032±0.04</td> <td style="border-bottom:none; width:10%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">46.58±0.0</td> <td colspan="2" style="border-bottom:none; width:13%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">16.51±0.18 ab</td> <td style="border-bottom:none; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">16.48±0.18</td> <td style="border-bottom:none; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none" valign="top">77/98±3/85 a</td> </tr> <tr> <td style="border-bottom:none; width:11%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">C+</td> <td style="border-bottom:none; width:14%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">48.26±0.26</td> <td style="border-bottom:none; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">48.96±0.14 b</td> <td style="border-bottom:none; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">0.048±0.016</td> <td style="border-bottom:none; width:10%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">0.71±0.22</td> <td colspan="2" style="border-bottom:none; width:13%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">16.7±0.14 b</td> <td style="border-bottom:none; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">16.9±0.12</td> <td style="border-bottom:none; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none" valign="top">100±0 c</td> </tr> <tr> <td style="border-bottom:none; width:11%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">C-</td> <td style="border-bottom:none; width:14%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">48.14±0.23</td> <td style="border-bottom:none; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">48.71±0.28 ab</td> <td style="border-bottom:none; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">0.039±0.034</td> <td style="border-bottom:none; width:10%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">0.57±0.49</td> <td colspan="2" style="border-bottom:none; width:13%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">16.4±0.27 ab</td> <td style="border-bottom:none; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">16.6±0.21</td> <td style="border-bottom:none; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none" valign="top">100±0 c </td> </tr> <tr> <td style="border-bottom:1px solid black; width:11%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">p-value</td> <td style="border-bottom:1px solid black; width:14%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">0.199</td> <td style="border-bottom:1px solid black; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">0.036*</td> <td style="border-bottom:1px solid black; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">0.045</td> <td style="border-bottom:1px solid black; width:10%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">0.041</td> <td colspan="2" style="border-bottom:1px solid black; width:13%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">0.053</td> <td style="border-bottom:1px solid black; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none">0.064</td> <td style="border-bottom:1px solid black; width:12%; padding:0cm 7px 0cm 7px; height:.12px; border-top:none; border-right:none; border-left:none" valign="top">0/041*</td> </tr> <tr> <td style="border-bottom:none; border-top:none; border-right:none; border-left:none; width:81px"></td> <td style="border-bottom:none; border-top:none; border-right:none; border-left:none; width:105px"></td> <td style="border-bottom:none; border-top:none; border-right:none; border-left:none; width:90px"></td> <td style="border-bottom:none; border-top:none; border-right:none; border-left:none; width:89px"></td> <td style="border-bottom:none; border-top:none; border-right:none; border-left:none; width:71px"></td> <td style="border-bottom:none; border-top:none; border-right:none; border-left:none; width:29px"></td> <td style="border-bottom:none; border-top:none; border-right:none; border-left:none; width:69px"></td> <td style="border-bottom:none; border-top:none; border-right:none; border-left:none; width:87px"></td> <td style="border-bottom:none; border-top:none; border-right:none; border-left:none; width:88px"></td> </tr> </tbody> </table> Water quality in  treatmentT4 . The results revealed no significant difference in pH between experimental treatments based on the days of study. the study, the highest and the lowest pH was related to the main treatment3  and negative control treatment, respectively. Also on the sixth day, the highest and the treatment4. Hematological analysis revealed significant stress in T4 fish. Hemoglobin and hematocrit decreased, and RBC and WBC counts were significantly lower than in controls., with C3 and C4 complement proteins elevated, alongside increased ALT, AST, and ALP, indicating hepatic disturbance. Histopathology showed epithelial hyperplasia and lamellar fusion in gills, tubular degeneration in kidneys, and vacuolated hepatocytes in the liver. Positive control fish maintained nearly normal tissue architecture, supporting the protective role of FBS. Overall, T4 ammonia exposure induced multi-level disturbances affecting growth, hematology, serum chemistry, and tissue integrity. FBS mitigated these effects, maintaining better survival, growth, and physiological health. Discussion and conclusion High ammonia levels are a significant stressor for koi carp, causing hematological, enzymatic, and histopathological abnormalities Decreased hemoglobin and hematocrit impair oxygen transport, while elevated liver enzymes indicate metabolic dysfunction. Histopathological changes in the gills, kidney and liver indicate direct tissue damage and confirm the multi- organ toxicity of ammonia (Das et al., 2004; Gao et al., 2020). Research has shown that exposure of fish to nitrite will decrease the amount of immunoglobulin IgM and lysozyme (Ciji and Akhtar, 2020). This is also agrees with the findings of this study (Table4). it was found that the change in the results of some researchers (Garcia et al., 2020) showed that the decrease in MDA levels after exposure of lamprey fish to diesel oil contaminants is likely to indicate a relationship between increased antioxidant protection, MDA metabolism and MDA excretion in water. There was no significant difference between the control and 1 groups in terms of MDA content, but it increased with increasing ammonia content. This indicates that FBS has been able to inhibit the negative effects of ammonia, but this problem has shown itself in groups 3 and 4. According to the research, it is necessary to conduct additional research on the removal of FBS on other fish, in larger scale and for a longer period of storage. It is obvious that since nitrogenous substances are one of the main problems of aquaculture farms, this additional research can be effective in reducing such toxic substances. Ammonia nitrogen is a common environmental limiting factor in aquaculture that can accumulate rapidly in water and reach toxic concentrations. In most aquatic environments, fish are vulnerable to the toxic effects of high levels of ammonia nitrogen. It has been determined that the toxic effects of ammonia nitrogen on fish are multi-mechanistic. Therefore, the aim of this review is to investigate the various toxic effects of ammonia nitrogen on fish, including oxidative stress, neurotoxicity, tissue damage, and immune response. Conflict of interest The authors declare no conflict of interest. Acknowledgment The authors thank the ornamental fish breeding center for providing experimental fish and laboratory staff for technical assistance with water analysis, blood sampling, and histopathology. </div> ماهی کوی, بی سولفیت سدیم, آمونیاک, آب مخازن, شاخص خونی Ammonia, Antibody-enzyme, Bioaccumulation, Liver indices, Toxicity, FBS 1 16 http://isfj.ir/browse.php?a_code=A-10-2929-1&slc_lang=fa&sid=1 Samaneh Adibi سمانه ادیبی Samaneh.adibi@gmail.com 100319475328460040966 100319475328460040966 No گروه علوم و محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران Mehdi Ramezani مهدی رمضانی dr.mramezani@yahoo.com 100319475328460040967 100319475328460040967 Yes گروه علوم و محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران Shapour Kakoolaki شاپور کاکولکی bsh443@gmail.com 100319475328460040968 100319475328460040968 No موسسه تحقیقات علوم شیلاتی کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران Reza Kazempoor رضا کاظم پور rkbs-kh@yahoo.com 100319475328460040969 100319475328460040969 No گروه بهداشت و بیماری‌های آبزیان، واحد علوم و تحقیقات،دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران